半导体物理实验资料.docVIP

电子科技大学 半导体物理实验报告 姓名：艾合麦提江 学号：2010033040008 班级：固电四班 实验一 半导体电学特性测试 测量半导体霍尔系数具有十分重要的意义。根据霍尔系数的符号可以判断材料的导电类型；根据霍尔系数及其与温度的关系，可以计算载流子的浓度，以及载流子浓度同温度的关系，由此可确定材料的禁带宽度和杂质电离能；通过霍尔系数和电阻率的联合测量．能够确定我流子的迁移约 用微分霍尔效应法可测纵向载流子浓度分布；测量低温霍尔效应可以确定杂质补偿度。霍尔效应是半导体磁敏器件的物理基础。1980年发现的量子霍尔效应对科技进步具有重大意义。 早期测量霍尔系数采用矩形薄片样品．以及“桥式”样品。1958年范德堡提出对任意形状样品电阻率和霍尔系数的测量方法，这是一种有实际意义的重要方法，目前已被广泛采用。 本实验的目的使学生更深入地理解霍尔效应的原理，掌握霍尔系数、电导率和迁移率的测试方法，确定样品的导电类型。 一、实 验 原 理 如图，一矩形半导体薄片，当沿其x方向通有均匀电流I，沿Z方向加有均匀磁感应强度的磁场时，则在y方向上产生电势差。这种想象叫霍尔效应。所生电势差用VH表示，成为霍尔电压，其相应的电场称为霍尔电场Ey。实验表明，在 弱磁场下，Ey同J（电流密度）和B成正比 Ey=RHJB （1） 式中RH为比例系数，称为霍尔系数。 在不同的温度范围，RH有不同的表达式。在本征电离完全可以忽略的杂质电离区，且主要只有一种载流子的情况，当不考虑载流子速度的统计分布时，对空穴浓度为p的P型样品 （2） 式中q为电子电量。对电子浓度为n的N型样品 （3） 当考虑载流子速度的统计分布时，式（2）、（3）应分别修改为 （4） 式中μH为霍尔迁移率。μ为电导迁移率。对于简单能带结构 （5） γH称为霍尔因子，其值与半导体内的散射机制有关，对晶格散射γH=3π/8=1.18;对电离杂质散射γH=315π/512=1.93,在一般粗略计算中, γH可近似取为1. 在半导体中主要由一种载流子导电的情况下，电导率为 和 （6） 由（4）式得到 和 （7） 测得RH和σ后，μH为已知，再由μ（N，T）实验曲线用逐步逼近法查得μ，即可由式（4）算得n或p。这样得到的γh=μH/μ，已计入了多种散射同时存在的影响和能带结构修正。 在温度较高时,半导体进入过渡区和本征导电范围,必须考虑样品中同时存在两种载流子的影响.在弱电场条件下,可以证明 (8) 式中b=μn/μp。对N型半导体 n=ND-NA+p （9） 对P型半导体 p=NA-ND+n （10） 如只考虑晶格散射，电导率为 （11） 式中μLn和μLp和分别为电子的晶格散射迁移率，这里b=μLn/μLp。由式（9）、（10）和（11）可得 N型 （12） P型 （13） μLn和μLp可查阅实验手册。当b已知，便可由测得的电导率计算出n和p的值。 二、实验仪器 1、励磁恒流源IM ? 输出电流：0～1A，连续可调，调节精度可达1nA。 ? 最大输出负载电压：24V。 2、霍尔元件工作恒流源IS ? 输出电流：0～10mA，连续可调，调节精度可达10μA。 3、直流数字毫伏表： ? 测量范围：±20mV，±20mV。 489489 注意事项： 1、霍尔元件是易损元件，必须防止元件受压、挤、扭和